(57)【要約】  【課題】干渉の判定を効率的に実施できる工作機械の干渉判定方法を提供する。  【解決手段】工具の姿勢を２つの角度で規定して、その工具の取り得る姿勢の範囲を２次元図形に図形化し、この２次元図形の図形データを用いて工具の干渉を判定する工作機械の干渉判定方法において、工具の工具軸と干渉する可能性がある周辺環境を微小多角形の集合で表すステップ（Ｓ１）と、この微小多角形の頂点の座標値を、工具中心点を基点とする相対座標系の座標値に変換するステップ（Ｓ３）と、相対座標系の座標値を極座標空間の座標値に変換するステップ（Ｓ５）と、極座標空間の基準面を多数の２次元領域に区画し、この２次元領域の代表点を通る、基準面に垂直な線分が極座標空間の微小多角形と交差するか否かを判定するステップ（Ｓ６）とを含んでいる。Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６の処理をＧＰＵで行うことにより、干渉判定の高速化が可能になる。  【選択図】図２
2006244067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械構造物の姿勢を２つの角度で規定して前記機械構造物の取り得る姿勢の範囲を２次元図形に図形化し、前記２次元図形の図形データを用いて前記機械構造物の干渉を判定する工作機械の干渉判定方法であって、
前記２次元図形で表す全領域を多数の２次元領域に区画し、前記２次元領域の代表点における干渉の有無に応じて、当該２次元領域での干渉の有無を判定する工作機械の干渉判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の干渉判定方法であって、前記機械構造物である工具の干渉を判定するために、前記工具の工具軸と干渉する可能性がある周辺環境を微小多角形の集合で表す第１のステップと、前記微小多角形の頂点の座標値を、工具中心点を基点とする相対座標系の座標値に変換する第２のステップと、前記相対座標系の座標値を極座標空間の座標値に変換する第３のステップと、前記極座標空間の基準面に前記代表点として設定した点を通り、前記基準面に垂直に交わる線分が、前記極座標空間の微小多角形と交差するか否かを判定する第４のステップとを含む工作機械の干渉判定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の干渉判定方法であって、前記第２のステップ、第３のステップ及び第４のステップの内の少なくとも１つのステップの処理を、３次元グラフィックス表示装置を用いて行う工作機械の干渉判定方法。
【請求項４】
請求項２に記載の干渉判定方法であって、前記第１のステップで前記周辺環境を微小多角形の集合で表すとき、前記周辺環境の表面形状を、面の法線方向に前記工具軸の半径分だけ移動し、且つ、移動後の表面に生じた隙間を曲率半径が前記工具軸の半径に等しい曲面で補間してオフセット面を形成し、前記オフセット面を前記微小多角形の集合で表す工作機械の干渉判定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の干渉判定方法であって、前記工具の工具軸の半径だけ移動した第１の前記オフセット面を前記微小多角形の集合で表して前記工具の取り得る姿勢の範囲を求めるとともに、前記工具のシャンク部の半径だけ移動した第２の前記オフセット面を前記微小多角形の集合で表して前記工具の取り得る姿勢の範囲を求め、それらの結果を統合して前記工具の取り得る姿勢の範囲を求める工作機械の干渉判定方法。
【請求項６】
請求項２に記載の干渉判定方法であって、前記工具の取り得る姿勢の範囲を求めた後、前記範囲の境界線上の各点から前記相対座標系の基点までの距離を計算し、前記工具の工具中心点から前記距離だけ離れた位置の工具半径を求め、前記工具半径に応じて前記境界線上の各点の位置を補正し、前記工具の取り得る姿勢の範囲を修正する工作機械の干渉判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の工具等の機械構造物が経路上を移動したとき、被加工物や把持具等の他の機械構造物に衝突するか否かを判定する干渉判定方法に関し、特に、短時間での干渉判定を可能にするものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、金型や複雑な形状の部品を製造・加工するために５軸数値制御工作機械（５軸ＮＣ工作機械）が利用されている。
一般の３軸ＮＣ工作機械は、Ｘ−Ｙ平面、及び、Ｚ軸（主軸：工具軸）の並進駆動系を有し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を制御しながら被加工物を加工するが、５軸制御の工作機械は、さらに、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の内の２軸の周りを回転する回転駆動系を有しており、この２軸の回転軸を加えた計５軸の制御が可能である。５軸ＮＣ工作機械は、５軸を同期させて同時に制御する同時５軸制御により、被加工物の加工面に対する工具の姿勢を随時変更して、３軸制御では不可能な形状に被加工物を加工することができる。図１２には、３軸制御では不可能であるが、同時５軸制御の加工成形により始めて可能になるオーバーハング部の切削の様子を示している。
【０００３】
ＮＣ工作機械の制御には、ＣＡＭ（computer aided manufacturing）やＣＡＤ（computer aided design）による支援が不可欠である。例えば、先端の切刃が半球形のボールエンドミルを用いて被加工物を切削加工する場合は、そのエンドミル加工を行う工具の工具経路が支援コンピュータで生成され、工作機械の制御装置は、そのデータに基づいて工作機械の各軸を制御する。
同時５軸制御の場合は、工具姿勢の自由度が高い反面、工具とその周辺環境（被加工物、把持具など）との干渉を常に考慮する必要があり、工具経路上の各位置において、工具と周辺環境との間に干渉が発生しないかを事前に検出し、それを回避するように、工具経路の各位置での工具姿勢を制御しなければならない。
【０００４】
下記非特許文献１には、この干渉の判定方法が提案されている。この方法では、工具に干渉する周辺環境が、“Ｃ−Ｓｐａｃｅ”と呼ぶパラメータ空間に干渉領域として表示され、この干渉領域から外れるように工具姿勢が制御される。
図１３は、Ｃ−Ｓｐａｃｅの説明図である。図１３（ａ）は、被加工物１０の加工面１１を切削するボールエンドミル２０を示している。この加工面１１は、工具２０に対する干渉面でもある。
この工具２０の傾きは、半球状の切刃の中心（工具中心点）２２を原点とする基準座標系Ｘ、Ｙ、Ｚに対する工具軸中心線２１の角度θ、φによって表現することができる。基準座標系のＺ軸は切削点の法線ベクトルの向きに設定されており、θは工具軸中心線２１がＺ軸となす角度を表し、φはＸＹ平面上に投影した工具軸中心線のＸ軸からの角度、即ち、工具軸中心線２１のＺ軸まわりの回転角度を表している。
【０００５】
図１３（ｂ）は、この極座標のパラメータθ、φを２次元で表示するＣ−Ｓｐａｃｅを示しており、このｕｖ平面上の点と原点とを結ぶ線分の長さがθ、その線分と横軸（ｕ軸）とのなす角度がφを表している。工具姿勢は、このｕｖ平面上の１点で表される。
また、同様に、干渉面１１上の各点を、工具中心点２２を原点とする極座標で表し、そのパラメータθ、φをＣ−Ｓｐａｃｅ上に表示した場合には、図１３（ｂ）にグレーで示す干渉領域が表現できる。図１３（ｂ）の同心円は、θが一定となる工具姿勢位置を示している。工具軸中心線２１は、法線ベクトルに対してπ／２以上傾けることができないので、Ｃ−Ｓｐａｃｅの有効範囲は半径π／２の円の内部となり、この円内において干渉領域以外の領域が、干渉無しに工具２０を傾けることが可能な非干渉領域となる。
【０００６】
図１４は、Ｃ−Ｓｐａｃｅを用いて工具姿勢を決定する様子を模式的に示している。
先ず、工具経路３０上の複数の点を干渉チェック点（白丸）として設定し、各干渉チェック点において工具と干渉する可能性のある周辺環境の面を選定し、それらをＣ−Ｓｐａｃｅ上に干渉領域として表示する。
このとき、干渉の対象となる周辺環境の面を多面体で近似し、この多面体を構成する平面の中から選定した１つの平面に対して、その平面の稜線を等分割し、各分割点に工具が接触したときのθ及びφの値を求める（このとき、平面の稜線を工具軸の半径分オフセットし、このオフセットした線上の点と工具中心点とを結ぶ線のθ、φの値を求める）。そして、Ｃ−Ｓｐａｃｅ上には、各分割点のθ、φで表される点を繋ぐスプライン曲線を表示する。こうした処理を干渉の対象となる全ての平面に対して行い、最後に、写像されたそれぞれの干渉領域の和集合をとることにより、Ｃ−Ｓｐａｃｅ上に干渉領域と非干渉領域との境界を表示する。
【０００７】
適切に設定した各干渉チェック点において、工具姿勢点が常に非干渉領域に含まれていれば、工具の干渉は発生しない。また、ある干渉チェック点で非干渉領域に含まれていた工具姿勢点が、次の干渉チェック点のＣ−Ｓｐａｃｅ上で干渉領域に含まれように変わった場合は、その干渉領域内部の工具姿勢点から最も近いＣ−Ｓｐａｃｅ上の非干渉領域の点を求め、その点のθ、φを採るように工具の傾きを設定する。
このように、工具姿勢の干渉について予め評価し、干渉を回避するように工具姿勢を設定することにより、同時５軸制御による加工を円滑に実施することが可能になる。
【非特許文献１】森重功一他「２次元Configuration空間を用いた５軸制御加工における工具干渉回避法」精密工学学会誌、Ｖｏｌ．６２，Ｎｏ．１，１９９６，ｐｐ．８０〜８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
同時５軸制御は、容器底部の狭い溝形状等、複雑な三次元形状の加工を行う際、把持の回数を削減して加工能率向上を図るのに有効であるとされている。このような加工においては、しばしば干渉の生じない工具姿勢の範囲が工具の移動によって急激に変化するため、多数の工具位置において非干渉領域を求め、工具姿勢を決定する必要がある。
しかし、従来の干渉判定方法では、Ｃ−Ｓｐａｃｅ上の干渉領域を算出するために、１干渉チェック点当たり１０数秒の計算時間を要しており、多数の工具位置で干渉をチェックしようとすると、その計算に極めて長い時間が掛かるという問題点がある。
【０００９】
本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、干渉の判定を効率的に実施することができる工作機械の干渉判定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、機械構造物の姿勢を２つの角度で規定して、その機械構造物の取り得る姿勢の範囲を２次元図形に図形化し、この２次元図形の図形データを用いて機械構造物の干渉を判定する工作機械の干渉判定方法において、２次元図形で表す全領域を多数の２次元領域に区画し、この２次元領域の代表点における干渉の有無に応じて、当該２次元領域での干渉の有無を判定するようにしている。
こうすることにより、２次元Ｃ−Ｓｐａｃｅの描画を３次元グラフィックス表示装置（ＧＰＵ）に行わせ、このＧＰＵの出力から干渉領域と非干渉領域との境界の情報を得ることが可能になる。
【００１１】
また、本発明の干渉判定方法は、機械構造物である工具の干渉を判定するために、工具の工具軸と干渉する可能性がある周辺環境を微小多角形の集合で表す第１のステップと、この微小多角形の頂点の座標値を、工具中心点を基点とする相対座標系の座標値に変換する第２のステップと、相対座標系の座標値を極座標空間の座標値に変換する第３のステップと、この極座標空間の基準面に代表点として設定した点を通り、基準面に垂直に交わる線分が、極座標空間の微小多角形と交差するか否かを判定する第４のステップとを含んでいる。  
この第１のステップの処理機能はＣＡＤ等が有しており、第２、第３のステップの座標変換機能及び第４のステップの描画機能は、３次元グラフィクス処理を行うＧＰＵが有している。
【００１２】
本発明の干渉判定方法では、この第２のステップ、第３のステップ及び第４のステップの内の少なくとも１つのステップの処理を、ＧＰＵを用いて行う。
ＧＰＵは、専用のハードウエアにより３次元グラフィクス処理を高速で実行できる。
【００１３】
また、本発明の干渉判定方法では、第１のステップで周辺環境を微小多角形の集合で表すとき、周辺環境の表面形状を、面の法線方向に工具軸の半径分だけ移動し、且つ、移動後の表面に生じた隙間を曲率半径が工具軸の半径に等しい曲面で補間してオフセット面を形成し、このオフセット面を微小多角形の集合で表している。
工具軸が周辺環境に接触する状態は、工具軸中心線が周辺環境のオフセット面に接触している状態と等価であり、工具軸と周辺環境との干渉は、工具軸中心線と周辺環境のオフセット面との干渉問題に置き換えることができる。
【００１４】
また、本発明の干渉判定方法では、工具の工具軸の半径だけ移動した第１のオフセット面を微小多角形の集合で表して工具の取り得る姿勢の範囲を求めるとともに、この工具のシャンク部の半径だけ移動した第２のオフセット面を微小多角形の集合で表して工具の取り得る姿勢の範囲を求め、それらの結果を統合して工具の取り得る姿勢の範囲を求めている。
こうすることで、シャンク部を有する工具の干渉を的確に判断することができる。
【００１５】
また、本発明の干渉判定方法では、工具の取り得る姿勢の範囲を求めた後、この範囲の境界線上の各点から相対座標系の基点までの距離を計算し、その工具の工具中心点から同じ距離だけ離れた位置の工具半径を求め、その工具半径に応じて境界線上の各点の位置を補正し、工具の取り得る姿勢の範囲を修正する。
こうすることで、シャンク部がテーパーを有している場合でも、そのテーパーによる径の変化を考慮した干渉判定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の干渉判定方法では、ＧＰＵの利用により、従来の５００倍程度の高速で干渉判定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態では、同時５軸制御加工機の工具経路データの生成時に、本発明の干渉判定方法を適用して、周辺環境との干渉が生じない工具姿勢を設定する処理について説明する。
図１は、この処理を実施する装置の構成を示している。この装置は、３次元グラフィック処理を行うＧＰＵ（Graphic Processing Unit）４４と、ＧＰＵ４４を用いてＣ−Ｓｐａｃｅを生成し、工具姿勢を決定する処理部（ＣＰＵ）４３と、データの入力部４５と、データの出力部４６と、データの記憶部４２と、Ｃ−Ｓｐａｃｅを表示する表示部４１とを備えており、ＧＰＵ４４、処理部４３、入力部４５、出力部４６、記憶部４２及び表示部４１は、バス等の接続手段で接続されている。
【００１８】
ＧＰＵ４４は、３次元コンピュータグラフィクスの描画に必要な３次元グラフィクス処理を、専用のハードウエアで高速に実行する機能を有している。３次元グラフィクス処理には、次のような処理が含まれる。
（１）３次元座標空間におけるモデル（物体）形状の頂点座標を定義して、３次元座標空間のモデル形状を作成する処理
（２）前記（１）で定義されたモデルの各座標から、視点を基準にした２次元の視界上での座標と、視点からの距離をあらわす深度の値を求める座標変換処理
（３）前記（２）で生成されたデータを基に陰面処理やテクスチャマッピング等を行って画像を生成する処理
【００１９】
近年のＧＰＵには、これらの処理機能を持つブロックが搭載され、また、ユーザによるプログラム化が可能なレンダリング機能（プログラマブルシェーダ）が実装されている。
この装置の処理部４３は、周辺環境の表面を工具軸の半径分膨らませてオフセット面を形成する。そして、工具中心点に視点を設定し、そこからの視線がオフセット面に遮られる方向では工具干渉が生じると判断し、オフセット面に遮られない方向では工具干渉が生じないと判断する。処理部４３は、この判断に用いるＣ−Ｓｐｓｃｅを形成するためにＧＰＵ４４の機能を活用する。
【００２０】
図２のフロー図は、この装置の処理手順を示している。
記憶部４２には、入力部４５から入力された、被加工物（被削物）や把持具等の周辺環境の形状データが記憶され、また、予め作成された工具経路のデータが記憶されているとする。
処理部４３は、工具姿勢を判定する各工具位置において、その周辺環境の形状データを記憶部４２から取得し、以下の処理を実行する（ステップ０）。
図３に示すように、絶対座標系ＸＹＺで表された、工具２０の周辺環境（被削物）１０の表面形状データ（図３（ａ））から、この表面を工具軸の半径分（ｄ）だけ膨らませたオフセット面１２を形成し（図３（ｂ））、このオフセット面１２を多数個の微小多角形の集合で構成する（図３（ｃ））(ステップ１)。この微小多角形を“プリミティブ”と呼ぶことにする。
【００２１】
なお、図４（ａ）に示すように、工具２０が周辺環境１０に接触している状態は、図４（ｃ）に示すように、工具中心点から延びる工具軸中心線２１が周辺環境のオフセット面１２に接触している状態と等価であり、工具２０と周辺環境１０との干渉は、工具軸中心線２１と周辺環境のオフセット面１２との干渉問題に置き換えることができる。図４（ｂ）に示すように、周辺環境の表面形状を工具軸の半径分膨らませた（即ち、表面形状の法線方向に工具軸の半径分移動させた）場合に、隙間（ａやｂの箇所）が生じるときは、その隙間を曲率半径が工具軸の半径に等しい曲面で補間してオフセット面１２を形成する。
【００２２】
次に、処理部４３は、図３（ｄ）に示すように、工具内部の工具中心点２２を原点とする視点座標系ｘmvｙmvｚmvを設定する(ステップ２)。このとき、ｚmv方向を切削点の法線ベクトルと逆向きに取り、ｘmv方向を工具経路方向に取る。
ＧＰＵ４４は、各プリミティブの頂点座標を絶対座標系から視点座標系に変換し、視点座標系における各プリミティブの頂点の位置を計算する（ステップ３）。
次に、処理部４３は、視点座標系の原点の位置を原点とする極座標系を設定する（ステップ４）。
ＧＰＵ４４は、各プリミティブの頂点座標値を視点座標系から極座標空間の座標値に変換する（ステップ５）。
【００２３】
図５は、視点座標系ｘmvｙmvｚmv（図５（ａ））から極座標空間ｕｖｗ（図５（ｂ））への座標変換を模式的に示している。
このとき、ＧＰＵ４４は、次式（１）〜（６）により極座標空間でのプリミティブの頂点座標を計算する。
ｕ＝ｌ×ｘmv／ｂ                                            （１）
ｖ＝ｌ×ｙmv／ｂ                                            （２）
ｗ＝（ａ−ｌmin）／（ｌmax−ｌmin）×２−１               （３）
ａ＝√（ｘmv2＋ｙmv2＋ｚmv2）                             （４）
ｂ＝√（ｘmv2＋ｙmv2）                                     （５）
ｌ＝ａｒｃｃｏｓ（−ｚmv／ａ）／θmax                      （６）
【００２４】
ここで、θmaxは、２次元Ｃ−Ｓｐａｃｅ上に描画する最大の工具傾き角を示す設定値である。式（６）で算出するｌは、図１３（ｂ）のＣ−Ｓｐａｃｅに示すθをθmaxで正規化した値に相当している。また、式（１）で算出するｕは、図１３（ｂ）のＣ−Ｓｐａｃｅのθをｌに変えたときのｕ成分に相当し、式（２）で算出するｖは、そのｖ成分に相当している。ｌmin、ｌmaxは、干渉を考慮する工具軸の範囲を表しており、図５（ａ）に示すように、視点までの距離がｌmin以上であってｌmax以下であるプリミティブだけが干渉判定の対象になる。また、式（３）は、プリミティブの原点からの距離を、ｌminを−１、ｌmaxを＋１とする範囲内の距離ｗに変換する。
【００２５】
図５（ｂ）の極座標空間ｕｖｗは、｜ｕ｜＜１、｜ｖ｜＜１、｜ｗ｜＜１に正規化されており、ＧＰＵ４４は、前記式（１）〜（６）により、この極座標空間に含まれる干渉判定対象の各プリミティブの頂点座標を計算する。
次に、ＧＰＵ４４は、図６（ａ）に示すように、極座標空間ｕｖｗの（−１，１，−１）（−１，−１，−１）（１，−１，−１）（１，１，−１）から成る面を基準面５１として、基準面５１と垂直に交わる線分５２を等間隔に配置し、この線分５２がプリミティブ５３と交差するか否かを判定する（ステップ６）。ここでは、基準面５１に設けた格子の各交点に線分５２を配置している。
【００２６】
線分５２がプリミティブ５３と交差した場合、ＧＰＵ４４は、その交差位置を表すｗ値を記憶部４２のビデオメモリ領域に書き込む。このｗ値の情報は、線分５２の位置に対応するピクセルの画像情報として書き込まれる。また、線分５２が複数のプリミティブ５３と交差する場合は、ｗの値が最も小さいプリミティブのｗ値が書き込まれ、線分５２がプリミティブ５３と交差しない場合は、交差無しを表すｗ値が書き込まれる。
処理部４３は、線分５２のｕ、ｖ値から工具姿勢を計算し（ステップ７）、各工具姿勢での干渉の有無を、その線分５２がプリミティブと交差したか否かにより判断する（ステップ８）。
また、処理部４３は、各線分５２に対応するピクセル位置がそれぞれ代表点となるようにビデオメモリ領域を複数の２次元領域に区画し、各２次元領域に含まれる各ピクセルのｗ値を、その２次元領域の代表点のｗ値と同じに設定する。この２次元領域は、極座標空間の基準面５１に設けた格子の大きさに対応している。
【００２７】
このビデオメモリ領域に記録された画像情報から、図６（ｂ）に示す２次元Ｃ−Ｓｐａｃｅが表示部４１で表示される。この画面を区画する各２次元領域は、そのｗ値に応じた色で描画され、交差無しの２次元領域は環境色で描画される。２次元Ｃ−Ｓｐａｃｅの解像度は、極座標空間の基準面５１における格子間隔を狭く設定し、２次元領域の面積を小さくすることにより向上する。
処理部４３は、工具姿勢の判定を必要とする各工具位置において、ＧＰＵ４４の機能を利用して、この２次元Ｃ−Ｓｐａｃｅの画像データを生成し、それを基に干渉の生じない工具姿勢の範囲を導出して、その工具位置での工具姿勢を決定する。
決定された工具姿勢は、工具経路データとともに記憶部４２に記憶され、出力部４６からＮＣ工作機械の制御装置に出力される。
【００２８】
図７は、この間に処理部（ＣＰＵ）４３及びＧＰＵ４４で行われる処理を示している。処理部（ＣＰＵ）４３は、描画対象の表面形状をプリミティブの集合として近似的に表現し、ＧＰＵ４４は、大量の幾何計算（線形及び非線形座標変換）を必要とするプリミティブ頂点の座標変換処理（ステップ３、ステップ５）、及び、視界内のプリミティブの特定や陰面処理などを含む描画処理（ステップ６）を行う。ＧＰＵ４４は、これらの処理を、複数のパイプラインを用いて高速で実行することができる。
【００２９】
次に、本発明の有効性を検証するために実施した実施例について説明する。
図８は、実施例に用いた被削物形状を示しており、実施例では、このオーバーハングを有する被削物のスロットを仕上げ加工する場合の干渉領域を描画した。図８において、ボールエンドミルの切刃を球で示し、その工具経路３０を矢印で示している。
ここでは、前記（１）〜（６）の非線形座標変換をＧＰＵ上で実施するため、プログラマブルシエーダ拡張ライブラリであるＧＬＳＬ(OpenGL Shading Language）を用いた。計算には、ＣＰＵにＡｔｈｌｏｎＸＰ  １８００Ｍｈｚ、ＧＰＵにＲａｄｅｏｎ９６００ ３２５Ｍｈｚを持つ主記憶容量５１２ＭＢのＰＣを用いた。図９（ａ）（ｂ）は、工具位置が図８の（ａ）及び（ｂ）のときの干渉領域の描画結果を示している。干渉領域の色相は工具中心点から視線が交差するオフセット面までの距離を表しており、非干渉領域は、環境色の黒となっている。考慮する工具軸の最大の傾き角θmaxは９０°、プリミティブ総数４３４００個、出力画面の解像度は７２０×７２０であり、ｕ軸及びｖ軸上で０．２６°ごとに境界点が配置されているのと同等である。この場合、１箇所の工具位置における干渉状態を平均０．０３１秒で描画することができた。これは、従来例の凡そ５００倍の速さであり、通常の被削物描画と同等の時間でＣ−Ｓｐａｃｅによる加工可能範囲の導出が可能であることを示している。
【００３０】
なお、ここでは周辺環境の表面形状を全て同じ微小形状のプリミティブで表してその後の処理を行ったが、干渉の可能性が低い周辺環境の表面形状を大きめのプリミティブで表示したり、干渉の可能性がある周辺環境の表面形状のみをプリミティブで表示したりすることにより、座標変換の計算量を削減することができ、Ｃ−Ｓｐａｃｅの描画時間をさらに短縮できる。この場合、周辺環境を粗い多面体で近似し、その平面との干渉を、プリミティブの場合と同様の手法で検出することにより、干渉の可能性がある周辺環境の領域を短時間で特定することができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、工具がシャンク部を有する場合の干渉判定について説明する。
図１０（ａ）に示すように、工具がシャンク部２３を有している場合は、半径ｒ１の工具軸部分が周辺環境と干渉する干渉領域と、半径ｒ２の円柱と看做したシャンク部２３が周辺環境と干渉する干渉領域とを求め、これらの結果を統合して、双方とも干渉しない範囲を工具姿勢として設定する。
半径ｒ１の工具軸部分の干渉領域は、図１０（ｂ）に示すように、周辺環境１０の表面形状をｒ１だけ膨らませたオフセット面１２１を形成し、このオフセット面１２１を用いて第１の実施形態で説明した手順を実行することにより得られる。このとき、工具軸部分の工具中心点からの長さがｌ１であるとすると、式（１）〜（６）の座標変換において、ｌmin＝０、ｌmax＝ｌ１に設定する。
【００３２】
また、半径ｒ２のシャンク部２３の干渉領域は、図１０（ｃ）に示すように、周辺環境１０の表面形状をｒ２だけ膨らませたオフセット面１２２を形成し、このオフセット面１２２を用いて第１の実施形態で説明した手順を実行することにより得られる。このとき、シャンク部２３の長さが（ｌ２−ｌ１）であるとすると、式（１）〜（６）の座標変換において、ｌmin＝ｌ１、ｌmax＝ｌ２に設定する。
この工具の干渉領域は、得られた２つの干渉領域の和集合を取ることにより、算出できる。工具姿勢は、この統合した干渉領域から外れるように設定すれば良い。
【００３３】
また、シャンク部のテーパーによる径の変化を考慮する場合は、干渉判定を次のように行う。
まず、図１１（ａ）に示すように、工具軸の半径をｒ１と仮定して、第１の実施形態で説明した手順により、Ｃ−Ｓｐａｃｅ上の干渉領域を求める。
次に、干渉領域の境界線上の点から視点（＝工具中心点）までの距離を算出する。この距離は、その点のｗ値を式（３）に代入し、ａの値を計算すれば求められる。距離Ｌが得られたとすると、図１１（ｃ）に示すように、工具中心点から距離Ｌだけ離れた位置の工具半径ｒを求める。
Ｃ−Ｓｐａｃｅ上で、境界線上の点の位置は、工具軸の半径をｒ１として算出されているが、実際の工具軸の半径はｒであるため、前記点の位置をΔθ（＝ａｒｃｔａｎ｛（ｒ−ｒ１）／Ｌ｝）に相当する角度分だけ、ｕｖ平面において修正する必要がある。
図１１（ｂ）は、こうして干渉領域の境界線上の各点を、工具中心点からの距離Ｌに応じて修正したときの干渉領域を示している。
工具姿勢は、この修正した干渉領域から外れるように設定すれば良い。
【００３４】
なお、各実施形態では、本発明の干渉判定方法を適用して同時５軸制御加工機の工具経路データを生成する場合について説明したが、本発明の方法によれば、機械構造物間の衝突や干渉を高速で判定できるため、工作機械の手動運転時の衝突防止システム、即ち、運転の段取り等のために手動運転を行う際、工具や素材、心押台やチャック等の干渉をチェックして衝突前に機械を停止させるアンチクラッシュシステム、に本発明を適用して、機械構造物間の衝突や干渉をリアルタイムで判定することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の干渉判定方法は、同時５軸制御加工機の工具経路生成時の干渉や、工作機械を手動運転するときの機械構造物間の衝突などを高速で判定できるものであり、ＣＡＭシステムやアンチクラッシュシステムなどに導入して、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態における干渉判定方法を実施する装置のブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態における干渉判定方法を示すフロー図
【図３】本発明の第１の実施形態における干渉判定方法でのプリミティブの設定及び視点座標系の設定を説明する図
【図４】本発明の第１の実施形態における干渉判定方法でのオフセット面の生成を説明する図
【図５】本発明の第１の実施形態における干渉判定方法での視点座標系から極座標空間への座標変換を説明する図
【図６】本発明の第１の実施形態における干渉判定方法での描画処理を説明する図
【図７】本発明の第１の実施形態における干渉判定方法を実施するＣＰＵ及びＧＰＵの動作を説明する図
【図８】本発明の第１の実施形態における干渉判定方法の検証に用いた被削物を示す図
【図９】本発明の第１の実施形態における干渉判定方法の検証時に得られた描画図形
【図１０】本発明の第２の実施形態における干渉判定方法でのオフセット面の生成を説明する図
【図１１】本発明の第２の実施形態における干渉判定方法でテーパー付シャンクを持つ工具の干渉判定を行う手順を説明する図
【図１２】同時５軸制御により加工が可能となる切削面を説明する図
【図１３】Ｃ−Ｓｐａｃｅを説明する図
【図１４】Ｃ−Ｓｐａｃｅによる干渉回避を説明する図
【符号の説明】
【００３７】
１０    周辺環境
１１    加工面
１２    オフセット面
２０    工具
２１    工具軸中心線
２２    工具中心点
２３    シャンク部
３０    工具経路
４１    表示部
４２    記憶部
４３    処理部
４４    ＧＰＵ
４５    入力部
４６    出力部
５１    基準面
１２１  オフセット面
１２２  オフセット面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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